【摘 要】與4G工作頻段相比，5G的工作頻段更高，頻段的傳播損耗和穿透損耗更大，其覆蓋將面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。首先，簡(jiǎn)述國(guó)外和國(guó)內(nèi)5G頻段分配現(xiàn)狀;其次，基于5G頻段UMa傳播模型、RMa傳播模型，通過仿真分析兩種傳播模型在城區(qū)和農(nóng)村場(chǎng)景下5G的覆蓋性能;最后結(jié)合鏈路預(yù)算表及傳播模型，得出5G覆蓋性能的結(jié)論。

　　【關(guān)鍵詞】5G頻段;UMa傳播模型;RMa傳播模型;鏈路預(yù)算表;覆蓋性能

　　作者：袁周陽，趙偉康，吳迪.

　　0 引言

　　2019年工信部發(fā)放5G牌照，給運(yùn)營(yíng)商指明了發(fā)展的方向及后期測(cè)試和商用需要做的工作，促使我國(guó)運(yùn)營(yíng)商加快部署5G商用的步伐。作為新一代的移動(dòng)通信系統(tǒng)，5G所應(yīng)用的場(chǎng)景將更加多樣化，如自動(dòng)駕駛、遠(yuǎn)程醫(yī)療等場(chǎng)景，并融合多種無線接入方式[1]，其組網(wǎng)方式將由傳統(tǒng)的單一頻段演化為高、中、低在內(nèi)的全頻段方式。在5G建網(wǎng)初期，將使用低、中頻段實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的廣覆蓋和深度覆蓋，后期將使用高頻段解決熱點(diǎn)區(qū)域的容量問題，并兼顧加強(qiáng)深度覆蓋。因此，5G建網(wǎng)初期覆蓋性能將是后期規(guī)劃和建設(shè)的有力依據(jù)，是值得研究的問題。鑒于此，本文通過分析UMa和RMa兩種傳播模型使用的場(chǎng)景及路徑損耗，并結(jié)合仿真分析和鏈路預(yù)算表，得出5G系統(tǒng)的覆蓋性能。

　　1 5G頻段分配現(xiàn)狀

　　1.1 國(guó)外5G頻段分配現(xiàn)狀

　　3GPP約定，5G NR所使用的頻譜分成兩個(gè)大的范圍：FR1和FR2，一個(gè)是6 GHz頻段，另一個(gè)是之前常說的毫米波高頻段范圍，而且5G NR物理層也根據(jù)這些范圍定義了最大帶寬及各類子載波間隔，在6 GHz頻段，最大的帶寬是100 MHz，而毫米波采用的最大帶寬是400 MHz。在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織3GPP定義的眾多子載波間隔中，如15 kHz、30 kHz兩種子載波間隔僅用于6 GHz以下頻段，而另外一些特殊的子載波間隔比如120 kHz也只在毫米波頻段使用。同時(shí)，一些子載波間隔比如60 kHz可以在這兩個(gè)頻段范圍通用。如表1所示3GPP分配的5G使用的頻段范圍：

　　目前，5G頻段資源的分配已在全球范圍內(nèi)逐步展開，全球主流運(yùn)營(yíng)商及主要國(guó)家及地區(qū)(中國(guó)、歐盟等)都分配了相應(yīng)的5G頻段資源，主要集中在6 GHz以下的頻段作為5G使用;而美國(guó)主要把24 GHz以上頻段用于5G使用。具體頻段分配現(xiàn)狀如圖1所示。

　　1.2 國(guó)內(nèi)5G頻段分配現(xiàn)狀

　　2017年11月，工業(yè)和信息化部發(fā)布通知，正式宣布5G系統(tǒng)的工作頻段為3 300—3 600 MHz、4 800—5 000 MHz，其中3 300—3 400 MHz頻段原則上限室內(nèi)使用。同時(shí)，工信部不再受理和審批3 600 MHz和4 800 MHz附近新申請(qǐng)的用于地面固定業(yè)務(wù)、空間無線電臺(tái)業(yè)務(wù)、空間無線電臺(tái)測(cè)控的頻段使用許可。

　　2018年12月6日，工業(yè)和信息化部正式向國(guó)內(nèi)三大電信運(yùn)營(yíng)商發(fā)布“在全國(guó)范圍內(nèi)5G中低頻段試驗(yàn)頻率”的使用許可。中國(guó)移動(dòng)獲得2 515—2 675 MHz、4 800—4 900 MHz頻段的5G試驗(yàn)頻率資源，其中

　　2 515—2 575 MHz、2 635—2 675 MHz和4 800—4 900 MHz頻段為新增頻段，2 575—2 635 MHz頻段為重耕中國(guó)移動(dòng)現(xiàn)有的TD-LTE(4G)頻段;而中國(guó)電信和中國(guó)聯(lián)通分別獲得3 400—3 500 MHz、3 500—3 600 MHz頻段的5G試驗(yàn)頻率資源。

　　2019年6月6日，工業(yè)和信息化部向中國(guó)電信、中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)聯(lián)通、中國(guó)廣電四家企業(yè)頒發(fā)了基礎(chǔ)電信業(yè)務(wù)經(jīng)營(yíng)許可證，批準(zhǔn)四家企業(yè)經(jīng)營(yíng)“第五代數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信業(yè)務(wù)”。5G牌照的發(fā)放推動(dòng)5G產(chǎn)業(yè)發(fā)展，加快5G商用的進(jìn)程。四家企業(yè)5G頻段具體分配如表2所示：

　　2 UMa和RMa傳播模型分析

　　2.1 UMa和RMa傳播模型介紹

　　傳統(tǒng)無線傳播模型Okumura-Hata和COST231-Hata模型主要應(yīng)用在2 GHz以下低頻段，而5G通信系統(tǒng)主要采用6 GHz以下的中低頻段和24 GHz以上的高頻段[2]組網(wǎng)，其部署方式也有別于傳統(tǒng)室外宏站和室內(nèi)分布系統(tǒng)方式，主要使用室外宏微站以及室內(nèi)微微站相結(jié)合的方式。因此傳統(tǒng)無線傳播模型，無論從頻率選擇還是部署方式上都難以適用于5G通信系統(tǒng)基站的覆蓋預(yù)測(cè)。

　　鑒于此，3GPP TR 38.901基于多個(gè)場(chǎng)景定義了適用于5G NR 0.5～100 GHz的傳播模型，包含Uma、UMi、RMa和InH等四類場(chǎng)景[4-5]，具體適用范圍如下所示。

　　(1)Uma(城區(qū)宏站)：適用于建筑物分布比較密集的區(qū)域。此場(chǎng)景主要包括各省會(huì)城市的商業(yè)中心和密集寫字樓區(qū)域。該類場(chǎng)景基站天線掛高高于周圍建筑物樓頂高度(如25～30 m)，用戶在地平面高度(約1.5 m)，站間距不超過500 m。

　　(2)RMa(農(nóng)村宏站)：適用于建筑物分布非常稀疏的區(qū)域。此類場(chǎng)景主要包括我國(guó)大部分的農(nóng)村區(qū)域和少數(shù)不發(fā)達(dá)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域。該類場(chǎng)景基站天線掛高在10 m至150 m之間，用戶在地平面高度(約1.5 m)，站間距一直到5 000 m。

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